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摘要
? ? ??本文介紹了在大型三維形貌表面上涂覆光刻膠的三種方法。介紹和研究了兩種制備三維微結(jié)構(gòu)和射頻微機(jī)電系統(tǒng)器件的特殊方法:噴射法和電沉積法。概述了每種方法的特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)。從復(fù)雜性、性能和應(yīng)用類型方面進(jìn)行比較，指出最合適的涂覆方法。這些涂層方法的潛力通過(guò)多級(jí)微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)和射頻微機(jī)電系統(tǒng)器件的制造等應(yīng)用得到了證明。
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介紹
? ? ? ?對(duì)于一些微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，將圖案轉(zhuǎn)移到具有廣泛形貌的硅片上需要在非平面表面上有均勻的光刻膠層。迄今為止，已經(jīng)引入了三種光致抗蝕劑涂覆技術(shù)來(lái)制造微機(jī)電系統(tǒng)器件。旋涂是最常規(guī)的涂覆方法，用于標(biāo)準(zhǔn)的平面晶片。它并不總是令人滿意的，只能在某些微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用中進(jìn)行某些修改。應(yīng)考慮諸如電沉積和光刻膠噴涂等替代方法。據(jù)報(bào)道，光致抗蝕劑的電沉積對(duì)于芯片的三維堆疊是一種有吸引力的方法，但是它需要導(dǎo)電層。最近，一種新的涂覆方法，光致抗蝕劑的直接噴涂被引入作為用于微系統(tǒng)的另一種光致抗蝕劑涂覆技術(shù)。
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旋涂和噴涂
? ? ? 光刻膠旋涂是集成電路工藝中平面晶片的標(biāo)準(zhǔn)涂覆方法。涂覆過(guò)程從將光致抗蝕劑溢流到晶片上開(kāi)始，以便覆蓋整個(gè)表面。具有快速旋轉(zhuǎn)速度的第二步促進(jìn)了膜的干燥，并減少了光致抗蝕劑的進(jìn)一步流動(dòng)，這可能導(dǎo)致不均勻的涂層。然后用第二(M2)掩模曝光晶片。需要高曝光能量來(lái)確保所有結(jié)構(gòu)都打開(kāi)。這種顯影劑解決方案提供了高對(duì)比度圖像。這種光刻膠不需要后烘焙。
? ? ? 旋涂是一種成熟的技術(shù)，使用商業(yè)上可獲得的設(shè)備和光刻膠。該工藝與集成電路技術(shù)兼容，可用于所有類型襯底層的所有加工階段。不足之處——主要障礙是旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力造成的。深蝕刻的特征對(duì)溶液流動(dòng)造成物理阻礙，阻止完全覆蓋，并且經(jīng)常導(dǎo)致條紋或光致抗蝕劑厚度變化，例如在晶片上不同位置的空腔的近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)或空腔之間的變化。
? ? ? ?與旋涂相比，噴涂的原理不同，它是直接噴射系統(tǒng)包括超聲波噴嘴，其產(chǎn)生微米大小的液滴分布。它可以減少晶片上光刻膠的流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。氣溶膠的中心部分被傳送到分配噴嘴，該分配噴嘴被構(gòu)造成降低載氣壓力并垂直于襯底表面改變光刻膠噴霧的方向。在噴涂過(guò)程中，當(dāng)噴涂單元的旋轉(zhuǎn)臂在晶片上移動(dòng)時(shí)，晶片緩慢旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)允許光致抗蝕劑覆蓋空腔中的所有角度。
? ? ? 對(duì)于涂覆非平面表面，噴涂比旋涂有一些優(yōu)點(diǎn)。首先，這種技術(shù)使用的光刻膠比旋涂少得多。事實(shí)上，對(duì)于旋涂，晶片充滿光刻膠，但是由于高轉(zhuǎn)速，只有少量光刻膠保留在晶片上。對(duì)于噴涂，非常細(xì)小的光刻膠液滴直接沉積在晶片上并形成層?？刮g劑損失的量只是噴向空氣或排氣系統(tǒng)的一小部分。
盡管噴射技術(shù)比旋轉(zhuǎn)給出更好的結(jié)果，但是如果在同一晶片上存在尺寸差異很大的空腔，則可以觀察到光刻膠厚度的微小變化。小腔底部的光刻膠厚度比大腔厚。如果空腔的尺寸差異較大，將導(dǎo)致空腔之間的光刻膠厚度變化較大。因此，當(dāng)在晶片上使用相同的曝光能量時(shí)，這可能影響光致抗蝕劑中印刷圖案的分辨率。
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圖3 在晶圓上不同位置的375m深腔底部與H=V=2=3的光刻膠厚度和均勻性
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圖4?兩個(gè)空腔之間的光刻膠涂覆的晶片表面的圖像:a)使用噴涂和b)使用旋涂
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涂層方法和應(yīng)用的比較
? ? ? ?當(dāng)用于涂覆具有高形貌的晶片時(shí)，光致抗蝕劑的旋涂、噴涂和電泳涂覆各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。根據(jù)每種鍍膜方法的特點(diǎn)，我們將不同的鍍膜工藝組合成一個(gè)工藝，實(shí)現(xiàn)三維射頻器件。使用這些涂層技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于射頻器件實(shí)現(xiàn)的后處理模塊。使用該模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多射頻結(jié)構(gòu)，例如:低損耗微帶傳輸線、導(dǎo)體背襯電感器、串?dāng)_阻擋層、表面下電感器和芯片內(nèi)傳輸線。旋涂和噴涂可用于制造兩級(jí)塊狀微結(jié)構(gòu)。兩級(jí)體微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子如圖2所示。9a)。具有8個(gè)到達(dá)晶片正面的晶片通孔的微機(jī)械加工結(jié)構(gòu)的特寫圖，如圖9b。在第二次蝕刻之后，在空腔底部圖案化的正方形具有正確的形狀，表明氮化物掩模層的良好圖案化。
? ? ? 在最后一步使用ED光刻膠涂層進(jìn)行金屬圖形化。該方法利用有源器件金屬化層作為涂覆的電鍍基底。此外，這種涂層技術(shù)的非常保形的特性允許在多層蝕刻表面上延伸的細(xì)線的定義。
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結(jié)論
? ? ? 為了實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，介紹了旋涂、噴涂和增感光刻膠三種涂覆方法。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以評(píng)估每種涂覆方法的適用性以及其對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?？傊覀兛梢缘贸鼋Y(jié)論，旋涂和噴涂可以用于所有類型的表面材料，并且優(yōu)選用于圖案化深腔底部的接觸窗口或結(jié)構(gòu)。旋涂可以在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中進(jìn)行，但是再現(xiàn)性難以控制。另一方面，噴涂需要特殊的設(shè)備和光刻膠，但它帶來(lái)了可控和更好的效果。最后一種涂覆方法，即ED光刻膠涂覆，更適合金屬圖案化，因?yàn)樵摲椒ㄐ枰饘賹幼鳛殡婂兊姆N子層。所以這種技術(shù)通常被用作后端流程。通過(guò)將不同的涂覆方法結(jié)合到一個(gè)過(guò)程中，我們成功地制造了幾個(gè)三維結(jié)構(gòu)。微機(jī)電系統(tǒng)和微電子學(xué)中的其他新應(yīng)用。
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